基于fpga的全偏振成像處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng)，全偏振信息采集部分是由一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)組成；全偏振信息控制與處理部分是本裝置的核心，主要基于FPGA設(shè)計(jì)，包括電源、SRAM1、SRAM2、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一個(gè)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、串行接口和LED；所述一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)的輸出端通過(guò)I2C總線與FPGA芯片連接；所述FPGA芯片的輸出端分別連接LED和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)串行接口和電纜線連接上位機(jī)；所述FPGA芯片還分別連接SRAM1、SRAM2和FLASH配置芯片；所述電源用于給全偏振信息控制與處理部分供電。本實(shí)用新型通過(guò)四個(gè)相機(jī)采集的水下目標(biāo)全偏振信息較普通的光強(qiáng)信息和線偏振信息更有利于水下目標(biāo)的識(shí)別檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及圖像采集【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種應(yīng)用于水下環(huán)境中全偏振信息采集處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在水下環(huán)境中由于水體對(duì)光的吸收和散射作用較大，光能量在水中衰減迅速，使水下成像呈現(xiàn)霧化效果，對(duì)比度較差。偏振成像系統(tǒng)采集目標(biāo)與背景的偏振信息，由于背景較為雜亂，造成背景反射光的偏振度均較低，而目標(biāo)反射光的偏振度卻比背景反射光的偏振度大很多，因此利用目標(biāo)與背景反射光的偏振信息差別可以較好的區(qū)分目標(biāo)與背景，因此，基于偏振成像設(shè)備對(duì)水下偏振信息采集將在未來(lái)的水下探測(cè)中具有廣泛應(yīng)用前景。
[0003]根據(jù)國(guó)外最新研究成果，圓偏振光被水粒子散射后，圓偏振狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變，而圓偏振光經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射后圓偏振態(tài)改變較小，因此與陸地上偏振信息采集系統(tǒng)絕大多數(shù)是針對(duì)線偏振不同，在水下實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振信息采集時(shí)增加對(duì)光的圓偏振分量采集更有利于提取目標(biāo)信息和對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)?；谝陨厦枋?，一種水下全偏振信息采集處理裝置應(yīng)運(yùn)而生。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]實(shí)用新型目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與不足，本實(shí)用新型提供基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)線偏振和圓偏振信息的集成采集裝置和計(jì)算方法可以獲取水下物體的全偏振信息。
[0005]技術(shù)方案:一種基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng),全偏振信息米集部分是由一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)組成。全偏振信息控制與處理部分是本裝置的核心，主要基于FPGA設(shè)計(jì)，包括電源、SRAMU第一靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)、SRAM2(第二靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一個(gè)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、串行接口和LED。所述一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)的輸出端通過(guò)I2C總線與FPGA芯片連接；所述FPGA芯片的輸出端分別連接LED和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)串行接口和電纜線連接上位機(jī)；所述FPGA芯片還分別連接SRAMl、SRAM2和FLASH配置芯片；所述電源用于給全偏振信息控制與處理部分供電。
[0006]四個(gè)相機(jī)在I2C總線和觸發(fā)脈沖的控制下同步采集目標(biāo)圖像，完成全偏振信息采集。FPGA讀取SRAMl中四幅偏振圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行偏振圖像的參數(shù)解算，通過(guò)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)采集的圖像可以解算出目標(biāo)的總光強(qiáng)、線偏振分量和圓偏振分量，從而完成偏振參數(shù)計(jì)算。LED用于標(biāo)示SRAM2存儲(chǔ)和輸出狀態(tài)。系統(tǒng)通過(guò)VGA輸出控制模塊將SRAM2中數(shù)據(jù)輸出到D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，而后通過(guò)串行接口和電纜線連接到上位機(jī)上顯示圖像。
[0007]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所提供的基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng)，采用線偏振和圓偏振集成的四偏振相機(jī)，同步采集目標(biāo)的全偏振信息，依靠FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各部分的配置，并依次實(shí)現(xiàn)偏振圖像采集控制、偏振參數(shù)圖像存儲(chǔ)和偏振參數(shù)圖像的輸出功能。系統(tǒng)采集的水下目標(biāo)全偏振信息較普通的光強(qiáng)信息和線偏振信息更有利于水下目標(biāo)的識(shí)別檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖2為本實(shí)用新型的FPGA芯片內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖；
[0010]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的FPGA芯片外圍連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。
[0012]如圖1所示，基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng)，主要包括全偏振信息采集部分和全偏振信息控制與處理部分。全偏振信息米集部分包括一個(gè)圓偏振相機(jī)、三個(gè)線偏振相機(jī)。全偏振信息控制與處理部分包括電源、SRAMl、SRAM2、FLASH配置芯片、FPGA芯片、LED、一個(gè)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器和串行接口。
[0013]一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)的輸出端通過(guò)I2C總線與FPGA芯片連接；FPGA芯片的輸出端分別連接LED和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)串行接口和電纜線連接上位機(jī)；FPGA芯片還分別連接SRAMl、SRAM2和FLASH配置芯片；電源用于給全偏振信息控制與處理部分供電。
[0014]四個(gè)相機(jī)在I2C總線和觸發(fā)脈沖的控制下同步采集目標(biāo)圖像，完成全偏振信息采集。FPGA讀取SRAMl中四幅偏振圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行偏振圖像的參數(shù)解算，通過(guò)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)采集的圖像可以解算出目標(biāo)的總光強(qiáng)、線偏振分量和圓偏振分量，從而完成偏振參數(shù)計(jì)算。LED用于標(biāo)示SRAM2存儲(chǔ)和輸出狀態(tài)。系統(tǒng)通過(guò)VGA輸出控制模塊將SRAM2中數(shù)據(jù)輸出到D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，而后通過(guò)串行接口和電纜線連接到上位機(jī)上顯示圖像。
[0015]三個(gè)線偏振相機(jī)分別為O度偏振相機(jī)、60度偏振相機(jī)和120度偏振相機(jī)。
[0016]如附圖2所示，F(xiàn)PGA芯片功能模塊包括信息采集控制模塊、偏振參數(shù)計(jì)算模塊、偏振圖像讀寫控制模塊、偏振參數(shù)讀寫控制模塊、VGA輸出控制模塊。下面詳細(xì)敘述每個(gè)模塊的功能:
[0017]信息采集控制模塊完成對(duì)全偏振信息采集部分的控制，F(xiàn)PGA通過(guò)觸發(fā)脈沖觸發(fā)四個(gè)CMOS傳感器同時(shí)曝光，I2C總線對(duì)全偏振信息采集部分輸入圖像采集時(shí)鐘和配置數(shù)據(jù)，CMOS傳感器根據(jù)曝光信號(hào)和圖像采集時(shí)鐘產(chǎn)生圖像的場(chǎng)信號(hào)、行信號(hào)、像素時(shí)鐘和圖像數(shù)據(jù)。
[0018]偏振圖像讀寫控制模塊完成SRAMl中圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取功能，F(xiàn)PGA根據(jù)圖像的場(chǎng)信號(hào)、行信號(hào)和像素時(shí)鐘將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SRAMl中，當(dāng)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)序結(jié)束后，偏振參數(shù)計(jì)算模塊即執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)的讀取時(shí)序，用于偏振參數(shù)圖像的解算。
[0019]偏振參數(shù)計(jì)算模塊完成偏振參數(shù)的解算，根據(jù)斯托克斯方程計(jì)算1、Q、U、V、Dop1,Dop2、Θ。
[0020]偏振參數(shù)讀寫控制模塊完成SRAM2中偏振參數(shù)的存儲(chǔ)和讀取功能，偏振參數(shù)計(jì)算模塊解算的結(jié)果存入SRAM2中，當(dāng)SRAM2存滿后將SRAM2的輸出控制位OE置為有效位，OE信號(hào)觸發(fā)FPGA輸出有效信號(hào)至LED，LED變亮表示數(shù)據(jù)存滿輸出。
[0021]VGA輸出控制模塊完成偏振參數(shù)圖像的輸出功能，F(xiàn)PGA中的監(jiān)聽位啟動(dòng)FPGA的輸出進(jìn)程，在VGA的輸出時(shí)序控制下依次輸出SRAM2中的偏振參數(shù)圖像。
[0022]如附圖3所示，CMOS傳感器型號(hào)為MT9V139，F(xiàn)PGA芯片型號(hào)為EP2C5T144，LED型號(hào)為10000MCD，SRAM型號(hào)為61LV25616，配置芯片型號(hào)為EP1CS1，D/A芯片型號(hào)為THS8134A，電池型號(hào)為18650型的鋰電池，電池對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，配置芯片接收到系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)DCLK后，向FPGA下載配置程序DATA，CMOS傳感器在曝光信號(hào)SDATA和系統(tǒng)時(shí)鐘CLKIN的控制下，產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)Data [0..9]、場(chǎng)信號(hào)FRAME、行信號(hào)LINE、像素時(shí)鐘信號(hào)PIXCLK，SRAM根據(jù)FPGA輸入的CE、0E、WE、UB、LB信號(hào)及相應(yīng)的地址信號(hào)A[0..17]，輸出16位圖像數(shù)據(jù)Data [0..15]，D/A芯片在時(shí)鐘信號(hào)CLK的控制下，輸出RGB信號(hào)GY [0..7]、RPr [0..7]、BPb [0..7]。
[0023]本實(shí)用新型的水下實(shí)施方法具體如下:
[0024]按下系統(tǒng)電源開關(guān)，然后將密封在防水罩中的全偏振信息采集裝置放在光照充足的水域，將鏡頭部分對(duì)準(zhǔn)選定的目標(biāo)，采集目標(biāo)的全偏振信息。
[0025]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的全偏振成像處理系統(tǒng),其特征在于:全偏振信息米集部分是由一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)組成；全偏振信息控制與處理部分是本裝置的核心，主要基于FPGA設(shè)計(jì)，包括電源、SRAMU SRAM2、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一個(gè)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、串行接口和LED ;所述一個(gè)圓偏振相機(jī)和三個(gè)線偏振相機(jī)的輸出端通過(guò)I2C總線與FPGA芯片連接；所述FPGA芯片的輸出端分別連接LED和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)串行接口和電纜線連接上位機(jī)；所述FPGA芯片還分別連接SRAMl、SRAM2和FLASH配置芯片；所述電源用于給全偏振信息控制與處理部分供電。
【文檔編號(hào)】G01C11/02GK203414766SQ201320506333
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】駱常見, 沈潔, 王慧斌, 徐淑芳, 陳哲 申請(qǐng)人:河海大學(xué)